一种光控点可调的太阳能灯具控制器的制作方法

专利名称：一种光控点可调的太阳能灯具控制器的制作方法
一种光控点可调的太阳能灯具控制器
所属领域
本发明涉及到一种太阳能灯具控制器尤其是涉及光控太阳能灯具控制器。
背景技术：
目前，太阳能路灯进行自动开启控制方式主要有五种 一是使用光控电路 控制，二是使用光控电路和定时电路结合的控制器，三是利用可编程定时器进 行控制，四是用大型无线网络系统对整个城市的路灯进行集中控制，五是根据 不同季节的充电量的不同来自动调整路灯亮灯时间的，所述的五种方式存在有 以下不足
1、 控制器采用光控电路控制负载开关时利用光敏电阻作为传感器探测环境 亮度，光敏电阻极易老化，运行一二年后便会出现提前亮灯、滞后熄灯的现象， 严重的非线性，而使系统不稳定甚至失控。
2、 控制器采用光控与和定时相结合时，相对于光控控制器较好，可以对路 灯进行定时关灯，但定时时间误差较大，且时间一旦固定很难更改或需要人工 更改，增加人工工作量。
3、 利用可编程定时器进行控制，虽然定时精度有所增加，但是在一年中春 夏秋冬均需要人工不断进行调整，对大批的路灯控制来说工作量非常大。
4、 用大型无线网络系统对整个城市的路灯进行集中控制投资太大， 一个中 等城市控制系统就需要几百万元，成本过高。
5、 根据蓄电池当天充电量以及春夏秋冬不同季节的充电量的不同来自动调 整路灯亮灯时间的，这种控制受短时间内的大气情况影响比较大，其效果特不 稳定。

发明内容
本发明的目的，在于设计一种能克服上述技术不足，可以解决太阳能电池 板受环境和角度影响导致亮灯不一致，同时减少人工量，成本低的太阳能路灯 控制器。
本发明的技术方案是 一种光控点可调的太阳能灯具控制器，包括，光控 点取样电压电路l， PWM充电电路2， MCU主控制器单元3，温度补偿修正电路4， 保护及负载驱动电路5，其特征是MCU主控制器单元3分别与光控点取样电压 电路l， P丽充电电路2，温度补偿修正电路4，保护及负载驱动电路5相连， 并且，MCU主控制器单元3与光控点取样电压电路1并联在由太阳能电池板和蓄 电池驱动的电路中；
MCU主控制器单元3，具有储存程序，运算判断等功能，当主控制器单元3判断黑天点灯开启，即开始调用下一个子程序；
光控点取样电压电路1的功能是，当有阳光存在的时候，电流从Rl和R2
流过，在R2分得电压，电压信号再经过LM324放大，到达控制器MCU; PWM充电电路2的功能是，主回路采用PWM串联式充电方式进行充电； 保护及负载驱动电路5的功能是，当满足点亮灯的条件，MCU主控制器发出
指令时，实现负载低功耗快速的开关功能；
同时，MCU主控制器单元3由系统初始化程序6、主程序7、充电子程序8、
点灯子程序9、数据采样中断程序10等子程序组成；其中，光控延时开灯子程
序包括20个控制点
a) 光控+l分钟延时开
b) 光控+2分钟延时开
t)光控+19分钟延时丌 u)光控+20分钟延时开 上述程序参数可以通过按键进行人工设置调整，达到修正光控时间误差的 功能。
进一步的，保护及负载驱动电路5的结构是，当满足点亮灯的条件时，MCU 主控制器发出指令，经过Ql和Q2两个三极管驱动CMOS类型的开关管，实现负 载低功耗快速的开关功能；
上述方案的工作步骤是
步骤一光控电压取样电路，当有阳光存在的时候，电流从R1和R2流过， 在R2分得电压，电压信号再经过LM324进行放人，最后到达主控制单元3中， 进行信号处理；
步骤—光控可调程序流程图可以看出该程序有主程序、光电池电压采 集程序、负载驱动程序、按键程序和光控延时开灯等子程序组成；傍晚，当光 线的照度达到4LX以下时，光控电压信号到达设定的光控点时，主控制器单元 程序调用按照事先有按键设置好的光控点子程序进行开灯；
步骤三由于采用的是可控的P丽式充电主回路2，可以根据蓄电池的不同
状况，采取不同的充电策略，这样既能充分的利用太阳能，又能很好的保护蓄 电池，延长蓄电池的使用寿命；另外从充电方式上来说，由于采用的是导通电 阻极低的MOS管串联式充电主回路，所以功耗很小；
步骤四负载驱动电路5，当满足点亮灯的条件时，MCU主控制器发出指令， 经过Ql和Q2两个三极管驱动CMOS类型的开关管，实现负载低功耗快速的开关功能。
由BAT1， LOAD, Ql, R8， Fl构成闭合电路，对负载LOAD进行放电。上述控制 点子程序的设定，由按键程序调用完成丄作，从而达到了一个光控点可调的控 制，解决了因不同的环境和不同效率电池板造成的亮灯不一致的问题；同时， 解决了原来技术的诸种不足。可见，本控制器是通过采集太阳能电池板的电压 信号，经过放大处理，再传送到单片机中，采用光控加不同的延时方法，来开 启灯的，可以解决太阳能电池板受环境和角度影响亮灯不一致的问题。
因此，本发明的优点是
1、 光控点开启稳定可调；
2、 解决亮灯不一致性的问题；
3、 可调范围广，便于操作。


图示l为光控点可调控制器的光控电压取样电路 图示2为光控点可调控制器的负载驱动电路 图示3为光控点可调控制器的P丽串联式充电电路 图示4为光控点可调控制器的程序流程图 图示5为光空点可调控制器的整体电路结构图
上述图示中，所有标示、符号等与前述相同，且均为本领域技术人员可以 看图知晓的，所以此不赘述。
具体实施例方式
下面，结合附图，说明本方案的具体实施方式
。
图示l.光控电压取样电路，Vsun+为太阳能电池板的正极，R1和R2为采样 电阻，LM324信号放大器，Vbatt+为蓄电池正极。
当有阳光存在的时候，电流从R1和R2流过，在R2分得电压，电压信号再 经过LM324进行放大，最后到达主控制单元MCU中，进行信号处理。
图示2.保护及负载驱动电路，当满足点亮灯的条件时，MCU主控制器发出 指令，经过Q17和Q11两个三极管驱动CM0S开关管Q6，实现负载低功耗快速的 开关功能。由BAT1, LOAD, Q6, R8， Fl构成闭合电路对负载LOAD进行放电
图示3. Pfll串联式充电电路，当有阳光时，太阳能电池板给蓄电池充电， 通过调节脉冲的频率。来进行对蓄电池进行充电。这种充电过程其平均充电的 瞬时变化更符合蓄电池当前的荷电状态，能够增加光伏系统的充电效率，并延 长蓄电池总循环寿命。
图示4.光控可调点控制程序流程图，可以看出，该程序由主程序、充电子程序、负载驱动程序、按键程序和点灯子程序等程序组成。
傍晚，当光线的照度达到4LX以下时，光控电压信号到达设定的光控点时，
主控制器单元程序调用按照事先有按键设置好的光控点子程序进行开灯，光控
点开灯延时子程序包括20个控制点
a) 光控+1分钟延时开
b) 光控+2分钟延时开
t) 光控+19分钟延时开 u)光控+20分钟延时开
该控制点灯子程序的设定，由按键程序调用完成工作。从而达到了一个光 控点可调的控制，解决因不同的环境和不同效率电池板造成的亮灯不一致的问 题。
本发明所述的应用一个光控点可调的太阳能灯具控制器包括
1、 太阳能电池板
太阳能电池板是发电系统的输入，为整个系统提供供电和控制所需电能。在 白天光照条件下，太阳能电池板将所接收光能转换为电能，经充电电路对蓄电 池充电，天黑后，太阳能电池板停止工作
2、 蓄电池
作为光伏系统的储能环节，白天将太阳能电池输出的电能转换为化学能储存 起来，到夜间再转换成电能输出到负载。
3、 光控点取样电压电路
图示l: Vsun+为太阳能电池板的正极，R1和R2为采样电阻，LM324信号放 大器，Vbatt+为蓄电池正极。
当有阳光存在的时候，电流从R1和R2流过，在R2分得电压，电压信号再 经过LM324放大，最后到达控制器MCU。
4、 MCU主控制器单元
如图示3所示MCU主控制器单元是采用工业级，高精度单片机。主要起着 储存程序，运算判断等功能，主要包含一下子程序 4. 1主循环程序
作为整个程序的中心，负责根据外部条件控制程序的走向。判断有无点灯 信号，有，则在保证不欠压的情况下，根据工作模式延时点灯；无，则根据太 阳能电池电压判断天亮天黑情况。当太阳能电池的输出大于设定值时，进入充 电子程序；当太阳能电池电压小于设定值时，进入点灯子程序；4.2充电子程序
根据蓄电池的使用情况采取不同的充电策略提升充电、直充、浮充。
4. 3点灯子程序
天黑，首先设定开启灯延时时间，在设定点灯时间设定和计时。
延时时间设置所示
a) 光控+1分钟延时开
b) 光控+2分钟延时开
t) 光控+19分钟延时开 u) 光控+20分钟延时开 4.4定时器中断程序
提供各种与时间有关的定时。
4.5外部中断程序
短路保护故障的解除。
4.6 AD转换完成中断
对蓄电池电压、电池组件电压、负载电流等进行采样。 4. 7温度检测子程序
对蓄电池充电策略进行温度补偿。 4. 8显示子程序
包括数码管显示和指示灯显示，指示工作模式和系统的工作状态。
4、 9按键子程序
利用按键设定工作模式。该点灯子程序调用可以由按键设定完成。主控制器 单元在对负载驱动电路发出命令而完成控制。
5、 P丽串联式充电电路
如图3:控制器单元MCU检测蓄电池电压后，蓄电池电压趋向欠压时，脉冲 的频率和时间增加，蓄电池电压趋向充满时，脉冲频率和时间会縮短，这种充 电方式更符合蓄电池当前的荷电状态，增加光伏系统充电效率，并延长蓄电池 的寿命，由三极管Q5， Q9， Q10驱动M0S管Q2和三极管Qll， Q12， Q13， Q15驱动M0S 管Q1共同完成的充电过程。
6、 负载驱动电路
如图2:当满足点亮灯的条件时，MCU主控制器发出指令，经过Q17和Q18 两个三极管驱动CMOS开关管Q6，实现负载低功耗快速的开关功能。由 BAT1， LOAD, Q6， R8， Fl构成闭合电路对负载LOAD进行放电控制。
权利要求
1、一种光控点可调的太阳能灯具控制器，包括，光控点取样电压电路(1)，PWM充电电路(2)，MCU主控制器单元(3)，温度补偿修正电路(4)，保护及负载驱动电路(5)，其特征是MCU主控制器单元(3)分别与光控点取样电压电路(1)、PWM充电电路(2)、温度补偿修正电路(4)、保护及负载驱动电路(5)相连，并且，MCU主控制器单元(3)与光控点取样电压电路(1)共同并联在由太阳能电池板和蓄电池驱动的电路中；MCU主控制器单元(3)具有储存程序，运算判断等功能，当主控制器单元3判断黑天点灯开启，即开始调用下一个子程序；光控点取样电压电路(1)的功能是，当有阳光存在的时候，电流从R1和R2流过，在R2分得电压，电压信号再经过LM324放大，到达控制器MCU；PWM充电电路(2)的功能是主回路采用PWM串联式充电方式进行充电；保护及负载驱动电路(5)的功能是，当满足点亮灯的条件，MCU主控制器发出指令时，实现负载低功耗快速的开关功能；同时，MCU主控制器单元(3)由系统初始化程序(6)、主程序(7)、充电子程序(8)、点灯子程序(9)、数据采样中断程序(10)等子程序组成；其中，光控延时开灯子程序包括20个控制点a)光控+1分钟延时开b)光控+2分钟延时开…………t)光控+19分钟延时开u)光控+20分钟延时开并且，上述程序参数可以通过按键进行人工设置调整，达到修正光控时间误差的功能。
2、根据权利要求1所述的一种光控点可调的太阳能灯具控制器，其特征是: 保护及负载驱动电路(5)的结构是，MCU主控制器发出指令，经过Ql和 Q2两个三极管驱动CMOS类型的开关管，实现负载开关功能。
全文摘要
一种太阳能灯具控制器尤其是涉及光控太阳能灯具控制器。包括，光控点取样电压电路1，PWM充电电路2，MCU主控制器单元3，温度补偿修正电路4，保护及负载驱动电路5，其特征是MCU主控制器单元3分别与光控点取样电压电路1，PWM充电电路2，温度补偿修正电路4，保护及负载驱动电路5相连，并且，MCU主控制器单元3与光控点取样电压电路1并联在由太阳能电池板和蓄电池驱动的电路中。本控制器是通过采集太阳能电池板的电压信号，经过放大处理，再传送到单片机中，采用光控加不同的延时方法，来开启灯的，可以解决太阳能电池板受环境和角度影响亮灯不一致的问题。
文档编号F21S9/03GK101562931SQ200910081778
公开日2009年10月21日 申请日期2009年4月10日 优先权日2009年4月10日
发明者周连安, 曹春峰, 颉会强, 麻树礼 申请人:北京昌日新能源科技有限公司